光纤通信原理 (全套)
光纤通信原理及基础知识

光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散
光纤的基本参数
PMD定义 定义: 减弱的波长结构导致的两个线性偏振模的色散 Δ tPMD=Dpmd * LΛ0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y
光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散
光纤的分类
光纤的基本结构和分类
单模光纤特性
G.652光纤
G.653光纤
G.654光纤
G.655光纤
最成熟的单模光纤,但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。
过渡性的单模光纤,通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。
过渡性的单模光纤,把零色散点移到了衰减最小的波长。
一种新型的单模光纤,把最小的衰减与小的色散结合在一起。
单模光纤的特性
光纤的基本结构和分类
G652光纤的分类、特点与应用
应用 :支持G.957规定的SDH传输系统,G.691规定的带光放大的单通过路STM-16( 2.5Gbit/s )的SDH传输系统,G.693规定的40km的10Gbit/s以太网系统及STM-256 :主要支持更高速率 ,例如G.691和G.692传输系统中直到STM-64 (10Gbit/s),在G.693和中对于STM-256的某些应用 (低水峰光纤) :与G.652A光纤属性类似,允许使用在1360~1530nm扩展波长范围 :与G.652B光纤属性类似,允许使用在1360~1530nm扩展波长范围
全反射: 当n1>n2时,随着入射角的不断增加,在入射角达到某一值时,折射角达到90oC,我们把此时的入射角称为临界角0 。当入射角大于临界角时,将发生全反射。
媒质1
光纤通信原理-(全套)课件

1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介,光波为载 波的通信系统,其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz),因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前,实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤,此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km,比已知的其他 通信线路的损耗都低得多,因此,由其组 成的光纤通信系统的中继距离也较其它介 质构成的系统长得多。
光纤通信原理
1
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年,贝尔发明了第一个光电 话,这一大胆的尝试,可以说是现代光通 信的开端。
在这里,将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上,随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束,这个过程就是调制。
式中:R、T都是复数,包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比;2Ф1、2Ф2是R和T的
相角,分别表示在介质分界面上反射波、 传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象,当光 波从光密介质射入光疏介质,且入射角大 于临界角时才能产生全反射,即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常 数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组 成,并且n1>n2,如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数,而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
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图1.2 反射波导和透镜波导
1966年,英籍华人高锟(K.C.Kao,当 时工作于英国标准电信研究所)博士深入研 究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题, 发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因 是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属 离子和其他杂质,其次是拉制光纤时工艺 技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所 引起的折射率不均匀,他还发现一些玻璃 纤维在红外光区的损耗较小。
根据光纤的传导模数量,光纤通信系 统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤 通信系统。
根据系统的工作波长,光纤通信系统 可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤 通信系统和超长波长光纤通信系统。
第二章 光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介,有着巨大的优越性。
本章首先介绍光纤的结构与类型,然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况,最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
系统中光发送机的作用是将电信号转 换为光信号,并将生成的光信号注入光纤。 光发送机一般由驱动电路、光源和调制器 构成,如果是直接强度调制可以省去调制 器,这些将在后续章节中详细介绍。
光接收机的作用是将光纤送来的光信 号还原成原始的电信号。它一般由光电检 测器和解调器组成,对于直接强度调制解 调器可以省略。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介,光波为载 波的通信系统,其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz),因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前,实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤,此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km,比已知的其 他通信线路的损耗都低得多,因此,由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
光纤通信原理全套PPT课件360

f(t)
(量化、编码)
抽样信号 数字信号
…
f 1 1 0 1 0 0 0 0 t
… 1 2 … n 1 … n…
t
时分复用
3. 光纤通信 传输的是光信号、传输线路是光纤(光缆) 光纤通信与电通信的主要区别有两点: • 用光波作为载波信号传输来信号 • 用光纤作传输线路
目前使用的光纤通信系统,普遍采用的是数字编 码、强度调制,即用数字信号去直接调制光源 的光强,使之随信号电流呈线性变化(如“1”、 “0”分别使“有光”、“无光”)
阶跃型光纤的剖面折射率分布
n ( 1 r) n
0
渐变型光纤的剖面折射率分布
a
bnr
2.渐变型光纤
纤芯折射率n1随着半 径的增加而按一定规律减 小,到纤芯与包层交界处 为包层的折射率n2 ,即纤 芯中折射率的变化呈近似 抛物线型。这种光纤称为 渐变型光纤,可用 GI(Graded-Index)表示。
光通信系统
P C M 复 用 设 备
电信号
光 端 机
光 中 继 器
光 端 机
P C M 复 用 设 备
电信号
光信号
光缆通信传输系统的基本构成
2. 优缺点 优点:传输频带宽,通信容量大;损耗小,不受电磁 干扰,传输质量好,传输距离长;线径细,质量轻, 空间利用率高;资源丰富。 缺点:光纤质地脆、机械强度低;要求比较好的切断、 连接技术;分路、耦合比较麻烦等。 光波也是电磁波,其波长在微米级、頻率为1012~1016Hz 数量级。目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区 内,即波长为0.8~1.8µ m 其中短波长波段波长为0.85µ m 长波长波段波长为1. 31µ m和1.55µ m 0.85µ m、1.31µ m和1.55µm是目前所采用的三个通信窗口
光纤通信原理

光纤通信原理
光纤通信利用光导纤维(简称为光纤)来传递光脉冲进行通信。
光纤是光纤通信的传输媒体。
在发送端有光源,可以采用发光二极管或半导体激光器,他们在电脉冲的作用下能产生光脉冲。
在接收端利用光电二极管做成光检测器,在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。
光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。
光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝,主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。
光波通过纤芯进行传导,包层交纤芯有较低的折射率。
当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时,其折射角将大于入射角。
因此,如果入射角足够大,就会出现全反射,即光线碰到包层时就会折射回纤芯。
这个过程不断重复,光也就沿着光纤传输下去。
由于光纤非常细,加上包层也不足0.2mm,因此必须将光纤做成很结实的光缆,再加上加强芯和填充物来提高其机械强度。
必要时还可放入远供电源线,最后加上包带层和外护套,就可以使抗拉强度达到几公斤。
光纤通信系统原理

4 信号调制
信号调制是指信号的数字、模拟和复合形式 通过调制器装置发送到光纤上。
光纤通信系统的基本组成部分
光纤
光纤是光信号传输的核心媒介, 具有高速传输、低损耗、大带宽 等特点。
Hale Waihona Puke 设备连接器设备包括光纤传输设备、路由器、 交换机和中继器等。
连接器是用于光纤之间的连接和 衔接的一种重要设备。
光纤通信的工作原理
未来
• 城市照明 • 医疗应用 • 海底通信
1
发光源
电流输入LED或激光器,产生有源信号光波。
2
传输信号
光波沿光纤传输,根据传输距离和信号强度会发生衰减、散射等。
3
光电转换
光信号到达接收器,转换为电信号供显示、储存等使用。
光纤通信系统的优势和应用领域
高速传输
光纤可以传输海量数据,速度比铜线快得多。
应用领域广
光纤通信已应用于通信、医疗、军事等众多领 域。
安全性高
光纤传输是通过光信号进行传输的,不会受到 电磁干扰。
保密性强
光纤传输不会发射电磁辐射,信息更不容易被 窃听和干扰。
光纤通信系统的挑战和限制
• 光纤通信传输受制于距离和强度的影响。 • 光纤传输硬件和设备成本更高。 • 光纤传输系统故障更难以检测和维修。
光纤通信系统的未来发展趋势
城市照明
医疗应用
光纤技术正在用于提高城市照明, 包括路灯、停车场、广场等的智 能化和互联网化。
光纤技术正在被应用于医疗成像 和手术领域。
海底光缆
光纤技术正在被用于海底通讯线 路,解决了长距离、高带宽的需 求。
总结
优势
• 高速传输 • 安全性高 • 保密性强 • 应用领域广
《光纤通信原理》课件

光接收机是用于接收和还原光信号的设备,它由光检测器和信号处理电路组成 。光检测器将接收到的光信号转换为电信号,信号处理电路则对电信号进行放 大、滤波和均衡等处理,以恢复原始的电信号。
光放大器与光中继器
光放大器
光放大器用于放大传输中的光信号,以提高光纤通信系统的传输距离和可靠性。常见的 光放大器包括掺铒光纤放大器(EDFA)和拉曼放大器等。
01
02
广播电视
光纤传输具有大容量、长距离传输的 特点,广泛应用于广播电视节目的传 输。
03
企业和校园网络
光纤网络具有高速、稳定、安全的特 点,成为企业和校园网络的首选。
电力通信
光纤通信在电力系统中用于实现自动 化控制、远程监控等功能,保障电力 系统的安全稳定运行。
05
04
军事和航空航天
光纤通信具有抗电磁干扰、轻便等特 点,在军事和航空航天领域得到广泛 应用。
塑料光纤
由高透明度的聚合物材料 制成,具有柔韧性好、成 本低等优点,但传输损耗 较大。
石英光纤
由纯度极高的石英玻璃拉 制而成,具有低损耗、高 透明度、耐高温等优点, 是应用最广泛的光纤。
光纤的传输特性
光的全反射
光纤利用光的全反射原理传输光信号,具有很强的抗干扰能力和 保密性。
光的偏振
光纤中的光波具有偏振状态,对光的传输特性有一定影响。
光的干涉与衍射
光纤中的光波会受到光的干涉与衍射作用,对光的传输方向和强 度产生影响。
光纤的损耗与色散
光纤的损耗
光纤传输光信号时会因为吸收、散射等原因产生能量损耗,限制了传输距离和信号质量。
光纤的色散
光纤传输光信号时会因为不同频率或模式
04
光中继器
光纤通信的原理

光纤通信的原理光纤通信是一种将信息通过光信号在光纤中传输的通信方式。
它基于光的特性,具有高速、大容量、低延迟等优点,因而在现代通信领域得到广泛应用。
本文将介绍光纤通信的原理,包括光的传播特性、光纤的结构和工作原理等。
一、光的传播特性光是一种电磁波,具有高频率和高能量的特点。
它在真空或介质中的传播速度很快,可达到每秒约30万公里。
光在传播过程中几乎不受到衰减和干扰,能够保持较长的传输距离和较高的信号质量。
二、光纤的结构光纤是由光导芯和包覆层组成的。
光导芯是光的传输通道,一般采用纯净、高折射率的材料制成,如石英玻璃。
包覆层则是保护光导芯的外包层,通常采用折射率较低的材料制成,如塑料或者聚合物。
三、光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理主要包括光的发射、传输和接收三个过程。
1. 光的发射光信号通过一个光源(如激光器或发光二极管)产生,并通过调制器对信号进行调制。
调制的方式可以是强度调制、频率调制或相位调制,用来表示传输的不同信息。
2. 光的传输调制后的光信号被发送到一端的光纤中,通过光导芯的全内反射来实现信号的传输。
光信号在光纤中以全内反射的方式沿着光轴进行传播,光的传播路径与光轴基本一致,几乎不受光的散射和衍射影响。
3. 光的接收光信号到达接收端后,通过光探测器将光信号转换成电信号。
常用的光探测器有光电二极管和光电二极管阵列,在接收到光信号后产生的电流或电压变化来表示光信号的强度、频率或相位等信息。
四、光纤通信的应用和发展光纤通信技术已广泛用于电信网络、数据传输和互联网等领域。
其高速、大容量的特点使得信息传输更加迅速和可靠,推动了现代社会的信息化进程。
随着光纤通信技术的不断发展,如光时分复用、光分布式传感等技术的出现和应用,光纤通信将进一步提升其传输速度和功能。
总结:光纤通信是一种基于光的传播特性和光纤的工作原理实现信息传输的技术。
通过光的发射、传输和接收过程,光纤通信实现了高速、大容量、低延迟的数据传输。
光纤通信原理及基础知识

光纤通信原理及基础知识光纤通信是一种利用光信号传输信息的通信技术。
它基于光波在光纤中的传输,具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点,因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面将介绍光纤通信的原理和一些基础知识。
1.光纤通信原理光纤通信的原理基于光的全内反射。
光纤是由一个或多个折射率不同的材料构成,光信号通过光纤中的光核进行传输。
当光信号从一个折射率较高的材料传到折射率较低的材料时,会发生全内反射,光信号会在光纤中沿着光核一直传输。
光纤通信系统主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
光源产生光信号并将其注入光纤中,光纤将光信号传输到目标位置,光接收器将光信号转化为电信号进行处理。
这样就完成了光纤通信的整个过程。
2.光纤类型根据应用场景和使用材料的不同,光纤可以分为多种类型。
常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤(Single-Mode Fiber,SMF)是一种具有较小光纤芯径的光纤,适用于远距离传输。
它可以在光纤中传输一个光模式,具有较低的传输损耗和较小的色散效应。
单模光纤主要用于长距离通信和数据传输。
多模光纤(Multi-Mode Fiber,MMF)是一种具有较大光纤芯径的光纤,适用于短距离传输。
多模光纤可以在光纤中传输多个光模式,但由于折射率不同,不同光模式的传输速度会有差异。
多模光纤主要用于局域网、数据中心等短距离通信场景。
3.光纤连接方式光纤连接主要有两种方式:直连和连接器。
直连是将两根光纤通过激光焊接技术直接连接起来。
直连具有较低的插损和回波损耗,但连接时需要专业操作,一旦连接失败将无法更换。
连接器是将光纤端面抛光并用连接器将两根光纤连接在一起。
连接器具有灵活性,连接和更换方便,但具有一定的插损和回波损耗。
4.光纤通信的关键参数光纤通信中,有几个重要的参数需要关注。
带宽是指光纤传输信号的频率范围。
带宽越大,传输速率越高。
损耗是光信号在光纤中传输时丢失的能量。
损耗越小,信号传输的距离越远。
色散是指光信号在光纤中传输时信号传播速度与光波长之间的关系。
光纤通信的原理及发展

光纤通信的原理及发展光纤通信是一种利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
它利用光的全反射特性,在光纤内部传输光信号,实现高速、大容量、低损耗的信息传输。
光纤通信的原理主要基于光的折射和全反射原理,下面将详细介绍光纤通信的原理及其发展历程。
一、光纤通信的原理1. 光的折射和全反射原理光纤是一种细长的光导纤维,其内部由两种不同折射率的材料构成。
当光线从折射率较高的材料传播到折射率较低的材料时,会发生折射现象;而当光线从折射率较低的材料传播到折射率较高的材料时,会发生全反射现象。
利用光的折射和全反射原理,光信号可以在光纤内部进行传输,实现远距离的信息传输。
2. 光纤通信系统的组成光纤通信系统主要由光源、调制器、光纤、解调器和接收器等组成。
光源产生光信号,经过调制器调制后输入光纤,通过光纤传输到目的地,再经过解调器解调得到原始信息,最终由接收器接收并处理信息。
光纤通信系统利用光的高速传输特性,实现了信息的快速传输和高效通信。
二、光纤通信的发展1. 光纤通信的起源光纤通信的概念最早可以追溯到19世纪末的光学通信实验。
20世纪60年代,美国学者发明了第一根光纤,并在1970年代初成功实现了光纤通信的原型系统。
随着光纤材料和制造工艺的不断改进,光纤通信技术逐渐成熟并得到广泛应用。
2. 光纤通信的发展历程20世纪70年代至80年代,光纤通信技术逐步商用化,光纤通信网络开始建设。
随着光纤通信技术的不断进步,光纤通信网络的传输速率和容量不断提高,通信质量和稳定性也得到了显著改善。
90年代以后,随着光纤通信技术的快速发展,光纤通信网络已成为现代通信网络的主要形式,为人们的生活和工作提供了便利。
3. 光纤通信的未来发展随着信息社会的不断发展,人们对通信网络的需求也越来越高。
光纤通信作为一种高速、大容量、低损耗的通信方式,具有巨大的发展潜力。
未来,光纤通信技术将继续向着更高速率、更大容量、更低成本的方向发展,为人类社会的信息交流提供更加便捷和高效的通信方式。
光纤通信的原理和应用

光纤通信的原理和应用随着科技的发展和提高生活质量的不断要求,通信技术已经成为一种必备的生活方式。
通信技术的发展带动了电子、信息领域和科技的进步。
而光纤通信作为目前最先进的通信技术,其在大家的日常生活中得到了广泛的应用,具有明显的优势。
一、光纤通信的原理介绍光纤通信是一种利用光纤传输信号的高速通信技术,利用纯净材料制成的线材,可以将几百倍于铜线的信号传输,甚至可以接受地球上的语音或数字信号。
光纤通信传输信号的基本原理是光的反射原理。
利用“全反射”原理,在光纤管内部的光线反复地被反射,从而传输信号。
通信中使用的光纤通常由圆形截面的单根光纤或几根光纤组成,可以承载更广泛的波长范围,信号质量比传统的通信方式高,不受电磁场干扰,与通信的速度没有直接关系。
二、光纤通信的应用1.网络通信如今,这种技术的应用已经不限于电话领域-光纤网络正越来越受欢迎。
光纤通信技术在因特网中的广泛应用,不仅提供了更快的上网速度,更同时提供了丰富的多媒体应用,如在线视频会议,网络游戏,高清电影etc。
它的无损传输特性保证了信息内容的完整性,从而大大增强了数据安全性。
2.医疗领域在医疗领域,光纤通信技术也逐渐得到广泛应用。
例如,使用光纤技术的内窥镜,可以使医生们便捷地诊断胃部内聚集的异物或检查人体内部器官,尤其是在一些夜间或拍摄角度局限且难以接触的情况下,内窥镜可以像一个“天眼”一样快速地定位所需的病灶区域,从而显著提高诊断准确性和操作性。
3.交通运输在交通运输领域,光纤通信技术的应用也非常广泛,如全球定位系统(GPS)。
GPS不需要导航仪的上层系统就可以定位及记录位置信息,由于它的高精度及可靠性,因此被广泛应用于全球船舶、车辆和人员定位。
三、光纤通信技术的发展趋势在未来几年中,传统的铜缆线将被逐渐替代,光纤通信正逐渐成为流行的通信技术。
随着通信需求的不断增长,未来将会有更多的光纤投入使用,以更快速,更优质的方式进行数据传输。
同时,无缝衔接传输和更全面的应用场景也将成为未来重要的发展方向。
光纤通信原理ppt下载-光纤通信原理

光纤通信原理
信 息 源
电 电信号 光
发
发
射
射机Biblioteka 机光信号光 电信号 电
接
发
收
射
机
机
信 息 源
光纤通信系统的基本组成
• 光纤通信系统包括发射、传输、接收等基本功能模块。信息 源将用户信息(话音、图象、数据等)转化为原始电信号, 这种信号称为基带信号。电发射机把基带信号转换为适合信 道传输的信号。
• 输入到光发射机带有信息的电信号,都是通过调制转换为 光信号的。光载波经光纤传输到远方接收端,再经过适当的 解调从载波中取出用户需要的信息。
输入信号
取样
量化 编码
37 2
7 32
0011 0111 0010 0111 0011 0010
基带信号——取样——量化——脉冲编码——CMI码(线路码)
时钟
伪随机码
1
1
1
0
1
0
CMI码
11
00
11
0
1
000
1
伪随机码的CMI 1B2B码 码型变换过程
• mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组,每组有m个 二进制码,记为mB,称为一个码字。然后把一个码字变换为n 个二进制码,记为nB。最简单的mBnB码是1B2B码(曼彻斯 特码)。
光钎通信的工作原理是什么

光钎通信的工作原理是什么
光纤通信是一种利用光信号在光纤中传输信息的技术。
它是通过将信息转换为光脉冲信号,然后通过光纤中的多个反射和折射过程将信号传输到目标地点。
光纤通信的工作原理主要包括以下几个步骤:
1. 发送端:在信息源处产生需要传输的电信号,经过调制器将电信号转换为光脉冲信号。
光脉冲经过调制器调整为合适的频率和波形,通过光源产生的激光器将光信号发射出去。
2. 传输过程:光信号通过光纤中的内核(Core)传播。
光纤中的内核是由高折射率(通常是二氧化硅)的材料构成,并由低折射率的包层(Cladding)包裹。
内核的高折射率使光信号在
光纤内部进行全内反射,从而保持信号的传输。
3. 信号增强:在信号传输过程中,为了保持信号的强度和质量,光信号经过一定距离后会通过光纤增益器进行放大。
光纤增益器通常使用掺镱等掺杂物质来增强光信号的强度。
4. 跳频:由于光信号在传输过程中受到光纤损耗和色散等因素的影响,信号可能会衰减和失真。
因此,在光纤通信中,会周期性地对光信号进行调整,通过跳频等技术来提高信号的可靠性和质量。
5. 接收端:在目标地点,光信号经过一段距离后到达光接收器。
光接收器是一个高灵敏度的光电探测器,能够将光信号转换为
电信号。
6. 解调:电信号通过解调器将光信号转换为原始的信息信号。
解调器对光信号进行解析和处理,还原出原始的信号信息。
通过以上的工作原理,光纤通信实现了高带宽、低衰减、抗干扰等特点,成为了现代通信领域最重要的传输方式之一。
光纤通信原理

信 息 源
电 电信号 光
发
发
射
射
机
机
光信号
光 电信号 电
接
发
收
射
Hale Waihona Puke 机机信 息 源
光纤通信系统的基本组成
• 光纤通信系统包括发射、传输、接收等基本功能模块。信息 源将用户信息(话音、图象、数据等)转化为原始电信号, 这种信号称为基带信号。电发射机把基带信号转换为适合信 道传输的信号。
• 输入到光发射机带有信息的电信号,都是通过调制转换为 光信号的。光载波经光纤传输到远方接收端,再经过适当的 解调从载波中取出用户需要的信息。
• CMI码的编码规则:输入码型“1”交替地以“00”和“11” 表示,而“0”固定用“01”表示。CMI解码与编码过程相反: 如果输入的是“11”或“00”则输出为“1”,如果输入为“10” 或“01”,则输出为“0”。
输入信号
取样
量化 编码
37 2
7 32
0011 0111 0010 0111 0011 0010
基带信号——取样——量化——脉冲编码——CMI码(线路码)
时钟
伪随机码
1
1
1
0
1
0
CMI码
11
00
11
0
1
000
1
伪随机码的CMI 1B2B码 码型变换过程
• mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组,每组有m个 二进制码,记为mB,称为一个码字。然后把一个码字变换为n 个二进制码,记为nB。最简单的mBnB码是1B2B码(曼彻斯 特码)。
光纤通信原理全套

光纤通信原理全套光纤通信是一种基于光传输的通信方式,它利用纤维作为光的导波介质,将信息通过光的传输进行传送。
光纤通信具有传输带宽大、传输距离远、抗干扰性强等优点,成为了现代通信领域的重要技术之一、下面将介绍光纤通信的原理。
光纤通信的基本原理是利用光的全反射现象来实现信息的传输。
光在光纤中传输时会一直沿着纤芯内壁进行多次反射,从而实现信号的传输。
在光纤中,通常由纤芯和包层组成。
纤芯是光的传输通道,它采用高折射率的材料制成,而包层则是用低折射率的材料制成,起到光的反射和保护作用。
光纤通信的工作原理可以分为三个主要步骤:信号发射、光的传输和信号接收。
首先是信号发射。
在光纤通信中,使用激光器或发光二极管产生光信号。
光信号经过调制,将要传输的信息转化为光的特定特征,比如频率、强度或相位。
然后,光信号进入光纤中的纤芯。
接下来是光的传输。
光信号沿着纤芯内壁以全反射的方式进行传输。
这是因为纤芯的折射率高于包层的折射率,光在接触到纤芯和包层交界面时会发生折射,但由于光的入射角大于临界角,所以光会完全反射回纤芯内部。
因此,光信号可以在光纤中沿着一条直线方向传输。
最后是信号接收。
在接收端,光信号传输到达后,通过光探测器转换成电信号。
光探测器通常使用光电二极管或光敏电阻等器件,将光信号转化为电流或电压信号。
然后,电信号进一步处理和解码,以恢复原始的信息。
除了基本的光纤通信原理外,还有一些补充技术和装置用于提高通信质量和传输效率。
例如,光纤放大器可以在光信号传输过程中放大信号的强度,以提高传输距离。
光分波器可以将多个信号分开并分别传输,实现多路复用。
光纤通信原理

光纤通信原理
光纤通信是一种利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
它利用光的
全反射特性,将光信号传输到远距离,具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点,因此在现代通信领域得到了广泛的应用。
首先,光纤通信的原理是基于光的全反射。
光纤是由两种不同折射率的材料构
成的,当光线从折射率较高的材料传输到折射率较低的材料时,光线会发生全反射,从而可以在光纤内部进行长距离的传输。
这种全反射的原理保证了光信号可以在光纤中传输而不会损失太多能量,从而实现了高效的信息传输。
其次,光纤通信利用光的波长多路复用技术,可以在一根光纤中传输多个不同
波长的光信号。
这种技术使得光纤通信具有了更大的传输带宽,可以同时传输多个信道的信息,从而满足了不同用户对于通信带宽的需求。
另外,光纤通信还利用光的数字调制技术,将数字信号转换为光信号进行传输。
在发送端,数字信号会经过调制器转换为光信号,然后经过光纤传输到接收端,在接收端经过解调器将光信号转换为数字信号。
这种数字调制技术保证了信息的准确传输,同时也提高了通信的安全性。
此外,光纤通信还利用了光放大器技术,可以在光纤传输过程中对信号进行放大,从而延长了光信号在光纤中的传输距离。
光放大器技术保证了光信号可以在长距离内进行传输而不会出现过大的衰减,从而满足了远距离通信的需求。
总的来说,光纤通信的原理是基于光的全反射特性,利用了波长多路复用、数
字调制和光放大器等技术,实现了高速、大带宽、抗干扰的信息传输。
随着科技的不断发展,光纤通信将会在未来的通信领域发挥越来越重要的作用。
《光纤通信原理》PPT课件

3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时,从侧面是难 以看到光线的,如果介质不均匀,如空 气中漂浮的大量灰尘,我们便可以从侧 面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介 质中的不均匀性使光线四面八方散开的 结果,这种现象称之为散射。散射损耗 是以光能的形式把能量辐射出光纤之外 的一种损耗。散射损耗可分为线性散射 损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光 波表现得特别强烈,形成红外吸收带。
29
杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低 而减小,直至清除。因此得到一个很宽 的低损耗波长窗口,有利于波分复用 (WDM)。
30
原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的 制造工艺,不同的掺杂材料及含量使之 减小到可以忽略不记的程度。
2
1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信 几千年前,中国就有火光通信:烽火
台,它是世界上最早的光通信,因为它 具有光通信的基本要素:光源、接受器、 信息加在光波上和光通道。
1880年,贝尔发明了光电话,它是现 代光通信的开端,但由于找不到实用的 传输手段而夭折。
3
1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的 最小弯曲半径一般为50~70毫米,光缆的最小 弯曲半径一般为500~700毫米,等于或大于光 纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下,光辐 射引起的光纤附加损耗可以忽略,若小于最小 弯曲半径,附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维, 但损耗高达1000db/Km,这天文数字的 损耗量,使有人认为光纤传输无实际意 义。
1960年,英籍华人高锟指出:如能将 光纤中过渡金属离子减少到最低限度, 有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km,信 息容量可能超过100MHz。
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日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为 0.2dB/km,波长为1.55μm),同时进行了多 模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传 送的光纤)1.31μm的长波长传输系统的现场 试验。 到如今,光纤通信已经发展到以采用 光放大器 (Optical Amplifier,OA) 增加中 继 距 离 和 采 用 波 分 复 用 ( Wavelength Division Multiplexing,WDM)增加传输容 量为特征的第四代系统。
图1.1 贝尔电话系统
贝尔光电话和烽火报警一样,都是利 用大气作为光通道,光波传播易受气候的 影响,在大雾天气,它的可见度距离很短, 遇到下雨下雪天也有影响。
1.1.2 光纤通信
在大气光通信受阻之后,人们将研究 的重点转入到地下光波通信的实验,先后 出现过反射波导和透镜波导等地下通信的 实验,如图1.2所示。
可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤
通信系统和超长波长光纤通信系统。
第二章
光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介,有着巨大的优越性。 本章首先介绍光纤的结构与类型,然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况,最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析
2.3 均匀光纤的波动理论分 析
2.3.1 平面波在理想介质中的传播 1. 均匀平面波的一般概念
所谓均匀平面波是指在与传播方向垂 直的无限大的平面上,电场强度 E 和磁场 强度 H 的幅度和相位都相等的波型,简称 为平面波。
平面波是非常重要的波型,一些复杂 的波可以由平面波叠加得到。在折射率为n 的无限大的介质中,一工作波长为λ0的平 面波在其中传播,其波数为:
2. 相位一致条件
光纤中光波相位的变化情况如图2.9所
示,在这里以阶跃型光纤为例来讨论光纤 的相位一致条件,不作复杂的数学推导, 只提及波动光学中的基本观点和结论。
图2.9 光纤中光波相位的变化情况
相位一致条件就是说:如果图中所示 的这个模式在A、B处相位相等,则经过一 段传播距离后,在 A′、B′ 处也应该相位相 等或相差2π的整数倍。 光纤的相位一致条件也可以从另外一 个角度出发得到。根据物理学的知识可知: 波在无限空间中传播时,形成行波;而在 有限空间传播时,形成驻波。
按照 ITU-T 关于光纤类型的建议,可 以将光纤分为G.651光纤(渐变型多模光纤)、 G.652 光纤 ( 常规单模光纤 ) 、 G.653 光纤 ( 色 散位移光纤)、G.654光纤(截止波长光纤)和 G.655(非零色散位移光纤)光纤。 按套塑 ( 二次涂覆层 ) 可以将光纤分为 松套光纤和紧套光纤。 现在实用的石英光纤通常有以下三种: 阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤和阶跃 型单模光纤。
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而,随着科学技术的发展,电通信方式 很容易被人窃听:只要在明线或电缆附近 ( 甚至几公里以外 ) 设置一个特别的接收装 置,就可以获取明线或电缆中传送的信息。 更不用去说无线通信方式。
5. 体积小,重量轻 6. 节省有色金属和原材料
1.2.2 光纤通信的缺点
图1.2 反射波导和透镜波导
1966年,英籍华人高锟(K.C.Kao,当 时工作于英国标准电信研究所)博士深入研 究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题, 发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因 是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属 离子和其他杂质,其次是拉制光纤时工艺 技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所 引起的折射率不均匀,他还发现一些玻璃 纤维在红外光区的损耗较小。
式中: k0 是真空中的波数, ω 是光的 角频率, μ 和 ε 分别是介质的导磁率和介电 常数 , 设平面波传播方向的单位矢量为 as, 则k = as· k称为平面波在该介质中的波矢量。
2. 平面波在介质分界面上的反射
和折射
反射波与入射波在原点处的复振幅之 比称为反射系数;传递波与入射波在原点 处的复振幅之比称为传递系数,表示为:
2.3 均匀光纤的波动理论分析
2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤 (Optical Fiber,OF) 就是用来导 光的透明介质纤维,一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的,一般可以分为三 部分:折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层,如图2.1所示。
2.2 光纤的射线理论分析
2.2.1 基本光学定义和定律
光在均匀介质中是沿直线传播的,其 传播速度为
v=c/n
式中: c=2.997×105km/s,是光在真 空中的传播速度; n 是介质的折射率 ( 空气 的折射率为 1.00027 ,近似为 1 ;玻璃的折 射率为1.45左右)。
反射定律:反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内,反射光线和入射光 线处于法线的两侧,并且反射角等于入射 角,即:θ1′=θ1。 折射定律 :折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内,折射光线和入射光 线位于法线的两侧,且满足:
式中:R、T都是复数,包括大小及相 位。其模值分别表示反射波、传递波与入 射波幅度的大小之比; 2 Ф1、2Ф2 是 R 和 T
n1sinθ1=n2sinθ2
2.2.2 光纤中光的传播
一束光线从光纤的入射端面耦合进光 纤时,光纤中光线的传播分两种情形:一 种情形是光线始终在一个包含光纤中心轴 线的平面内传播,并且一个传播周期与光 纤轴线相交两次,这种光线称为子午射线, 那个包含光纤轴线的固定平面称为子午面; 另一种情形是光线在传播过程中不在一个 固定的平面内,并且不与光纤的轴线相交, 这种光线称为斜射线。
此引入一个非常重要的结构参数,即光纤
的归一化频率,一般用V表示,其表达式
如下:
1. 多模光纤
顾明思义,多模光纤就是允许多个模
式在其中传输的光纤,或者说在多模光纤
中允许存在多个分离的传导模。
2. 单模光纤
只能传输一种模式的光纤称为单模光 纤。单模光纤只能传输基模 ( 最低阶模 ) , 它不存在模间时延差,因此它具有比多模 光纤大得多的带宽,这对于高码速传输是 非常重要的。单模光纤的带宽一般都在几 十GHz· km以上。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率
沿半径的分布函数n(r)来表示。
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量,可以将光
纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber,MMF)
和单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)。
在一定的工作波上,当有多个模式在
3. 斜射线在光纤中的传播
子午射线的传播过程始终在一个子午 面内,因此可以在二维的平面内来分析, 很直观。
2.2.3 光纤中的模式传输
1. 传导模的概念
模式是波动理论的概念。在波动理论 中,一种电磁场的分布称之为一个模式。 在射线理论中,通常认为一个传播方向的 光线对应一种模式,有时也称之为射线模 式。
光纤通信原理
第一章
概
述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性
1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年,贝尔发明了第一个光电 话,这一大胆的尝试,可以说是现代光通 信的开端。 在这里,将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上,随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束,这个过程就是调制。
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为 a、折射率为常
数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组
成,并且n1>n2,如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数,而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型,光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。 根据光源的调制方式,光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
根据光纤的传导模数量,光纤通信系
统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤
通信系统。
根据系统的工作波长,光纤通信系统
在高锟理论的指导下,1970年美国的 康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的 光纤。 1977年美国在芝加哥进行了 44.736Mbit/s的现场实验,1978年,日本开 始了 32.064Mbit/s和 97.728Mbit/s的光纤通 信实验; 1979 年,美国 AT&T 和日本 NTT 均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器,
如果今后采用非石英光纤,并工作在 超长波长(>2μm),光纤的理论损耗系数可 以下降到 10 -3~ 10 -5 dB/km,此时光纤通信 的中继距离可达数千,甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道,电话线和电缆一般是不能 跟高压电线平行架设的,也不能在电气铁 化路附近铺设。
4. 保密性能好
图2.1 光纤结构示意图
2.1.2 光纤的类型
光纤的分类方法很多,既可以按照光纤 截面折射率分布来分类,又可以按照光纤 中传输模式数的多少、光纤使用的材料或 传输的工作波长来分类。
1. 按光纤截面上折射率分布分类
按照截面上折射率分布的不同可以将
光纤分为阶跃型光纤 (Step-Index Fiber, SIF) 和渐变型光纤 (Graded-Index Fiber, GIF),其折射率分布如图2.2所示。
一旦确定了光波导和光波长,那么 n1、 n2、纤芯直径 2 a 以及真空中光的传播常数 k0也就确定了,而且式(2-17)中的最大N值 也就确定了。 对于渐变型多模光纤,同样,其导模 不仅要满足全反射条件,还要满足相位一 致条件。